[发明专利]用于冷却超导磁体的封闭制冷剂冷却系统和方法

说明书

背景技术

用于MRI系统的早期超导磁体是通过局部浸渍在液态制冷剂中而冷却的。但是，更近期的设计已经减少了所需要的液态制冷剂的量，这典型地是通过使用冷却回路结构来实现的。这种系统通常具有相对小的制冷剂容器，该容器定位在冷却回路的顶部且在再冷凝致冷设备(recondensing refrigerator)之下，以提供液态制冷剂，该液态制冷剂在重力的作用下被供给以与磁体热接触。热的或沸腾的制冷剂通过冷却回路返回到制冷剂容器，以用于再次冷却。但是，这种结构趋于具有比典型安装房间内的可利用高度更大的高度。再冷凝致冷设备在磁体顶部的定位对于再冷凝致冷设备的维护和更换来说是不方便的。

一些传统的结构提供减小高度的再冷凝致冷设备，其通过固体的热汇流排热连接到制冷剂容器。但是，在需要重新冷凝制冷剂，如氦的温度下，仅1W的冷却功率是共用的。固体的汇流排需要具有大约1m的长度并需要高度导热的。这种汇流排通常由高纯度退火的铜或者高纯度退火的铝以非常大的横截面积制造，以便将冷却功率从再冷凝致冷设备传递到制冷剂容器，而没有显著损失。它们的生产是非常昂贵的。例如，传统的50cm的汇流排会导致0.1K或更大的温度升高。这使得汇流排结构笨重并且制造昂贵。已经发现难于生产完美的平坦接触表面，用于汇流排和冷凝设备之间的热连接。这趋于导致只是点接触，这种点接触可以通过用铟或润滑脂填充接头或者通过机械压缩接头而得以改善。但是，这样的接头难于制造。现场更换再冷凝致冷设备意味着需要在现场重新形成接触，已经发现这是不可靠的。不完美的连接导致冷却功率的损失并且会导致制冷剂的损失。

发明内容

本发明涉及一种用于制冷剂冷却的超导磁体，如在MRI系统中使用的超导磁体的冷却结构。尤其是，本发明涉及用于控制紧凑磁体系统的制冷剂容器中的液态制冷剂的液面高度的结构。

于是，本发明旨在提供一种结构，其中，制冷剂容器被布置成不高于容纳超导磁体的恒温器的顶部，这也允许制冷剂气体重新冷凝并且供给到超导磁体的顶部附近的制冷剂容器，以被供给到冷却回路。

传统的MRI冷却系统具有再冷凝致冷设备，该再冷凝致冷设备布置成液化制冷剂容器内的制冷剂气体。液化的制冷剂气体然后在重力的作用下被供给到冷却回路。在本发明中，再冷凝致冷设备不放置在磁体之上，而是设置成与分离的冷凝腔相关联，定位成比连接到冷却回路的制冷剂容器低很多。

这种结构尤其可用于MRI系统要安装在可利用高度受到限制的地方。

关于传统结构的背景信息在美国专利US4,464,904、US5,335,503、US5,549,142、US5,937,655、US6,996,994和日本专利公布JP2004033260中提供。

本发明于是提供了一种如在所附权利要求中阐述的方法和设备。

附图说明

本发明的上述和进一步目的特征和优点将在考虑结合附图仅借助于示例给出的特定实施方式的如下描述的同时变得更清楚，图中：

图1至4示意性示出本发明的示例性冷却结构。

具体实施方式

本发明提供了一种制冷剂冷却系统，其包括两个液力连接的储池。系统运行着包括液化和蒸发在内的封闭制冷剂循环。

在图1中，超导磁体10容纳在抽真空的低温恒温器12中并且设置有冷却回路结构13，该冷却回路结构被供给来自制冷剂容器15的液态制冷剂14，该制冷剂容器15定位在磁体10的顶部附近。制冷剂可以是氦，但是本领域技术人员已知其他适当的制冷剂。液态制冷剂22从再冷凝腔16通过制冷剂供给管18提供，该制冷剂供给管18在一端连接到再冷凝腔16的下部末端附近，而在另一端连接到制冷剂容器15的上部末端附近。在氦的情况下，再冷凝致冷设备20布置成将再冷凝腔16之内的制冷剂蒸汽在大约4.3K的温度下再次冷凝为液态制冷剂22。根据本发明的一个方面，制冷剂容器15的下部末端处于再冷凝腔16的下部末端之上。如图所示，来自再冷凝腔16的液态制冷剂必须升高高度H以到达制冷剂容器15。所述高度H可以典型地在0.5到1.0m之间。加热器24定位在再冷凝腔16之内或至少与再冷凝腔16热接触。在图1中，这个加热器24被示出安装到再冷凝致冷设备20的再冷凝表面26上，但是在与再冷凝腔16热接触的范围内可以定位在其他地方。它可以整合到再冷凝致冷设备20中。它可以放置到再冷凝腔16的外表面上。再冷凝腔通过真空空间与制冷剂容器15隔热。